臭氧预处理油棕空果束制备可持续性羧甲基纤维素及其在食品涂层添加剂中的应用研究

本研究针对食品包装可持续性需求，利用臭氧预处理油棕空果束(EFB)开发绿色合成羧甲基纤维素(BiOzCMC)。通过响应面法(RSM)优化工艺参数，获得取代度(DS)1.2、产率250.2%的高性能BiOzCMC。表征显示其结晶度降低至5.15%、粒径0.95μm，应用于番茄涂层可延长保质期逾1个月，为农业废弃物高值化利用提供新方案。

　　

随着全球对可持续食品包装需求的激增，传统石油基材料的环境问题日益凸显。油棕产业每年产生数百万吨空果束(EFB)废弃物，其高纤维素含量（约40-60%）与食品工业对可降解涂层材料的需求形成完美互补。然而，现有羧甲基纤维素(CMC)生产工艺面临两大瓶颈：木质素去除效率低导致产物纯度不足，以及化学改性过程中取代度(DS)难以突破1.0的技术壁垒。

马来西亚工艺大学的研究团队创新性地采用双臭氧预处理技术，通过自主研发的OzBiONY 2.0原型机对EFB纤维进行绿色氧化，显著提高了纤维素的可及性。研究通过响应面法(RSM)结合部分因子设计(FFD)，系统优化了氢氧化钠浓度、氯乙酸钠(SMCA)比例等关键参数，最终获得DS达1.2的BiOzCMC。该材料在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的论文中展现出多项突破性性能：X射线衍射(XRD)显示结晶度降至5.15%，场发射扫描电镜(FESEM)观察到表面形貌显著平滑化，热重分析(TGA)证实热稳定性提升至295℃起始分解温度。

关键技术包括：1）双臭氧预处理系统优化；2）基于RSM的工艺参数建模；3）综合运用XRD、FTIR等多维表征技术；4）以马来西亚本地番茄为模型的涂层性能评估。

【材料制备】
采用0.3mm粒径EFB颗粒，经臭氧预处理后纤维素的聚合度(DP)降低40%，为后续羧甲基化创造有利条件。

【统计模型】
ANOVA分析显示模型F值达1610.686，R²为98.24%，证实NaOH浓度对DS影响最为显著(p<0.0001)。

【结论】
BiOzCMC涂层使番茄失重率降低67%，货架期延长至35天，金黄色葡萄球菌抑制率达92%。这种将农业废弃物转化为高值食品材料的策略，为循环经济提供了可量化的技术路径。

该研究的创新性体现在：首次将双臭氧预处理与EFB衍生CMC生产耦合，相比传统酸/碱预处理节能30%；建立的工艺模型可推广至其他木质纤维素原料；开发的食品涂层性能超越商业CMC产品。正如通讯作者Wan Nor Nadyaini Wan Omar指出，这项技术有望使马来西亚棕榈油产业的废弃物利用率提升至85%，同时减少食品包装领域的碳足迹。